Questão 64 do ENEM 2013 — Ciências da Natureza

Para resolver essa questão, precisamos entender como o pH da água afeta as reações químicas do cloro e, consequentemente, a eficiência da desinfecção.

O enunciado nos diz que a ação desinfetante é controlada pelo ácido hipocloroso ($HClO$), que possui um potencial de desinfecção cerca de $80$ vezes superior ao do ânion hipoclorito ($ClO^-$). Portanto, nosso objetivo é encontrar a condição de pH que maximize a concentração de $HClO$ na água.

Vamos analisar a segunda equação fornecida, que mostra a ionização do ácido hipocloroso: $HClO_{(aq)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons H_3O^+_{(aq)} + ClO^-_{(aq)}$

Para que a desinfecção seja mais efetiva, precisamos que o equilíbrio dessa reação esteja deslocado para a esquerda, favorecendo a manutenção do $HClO$. Pelo Princípio de Le Chatelier, podemos deslocar o equilíbrio para a esquerda aumentando a concentração do íon $H_3O^+$. Um aumento na concentração de $H_3O^+$ significa que o meio deve ser mais ácido, ou seja, ter um pH mais baixo.

Além disso, a questão fornece o valor do $pK_a$ do ácido hipocloroso, que é $7,53$. A relação entre pH e $pK_a$ nos diz que:

• Se o $pH = pK_a$ ($7,53$), as concentrações de $HClO$ e $ClO^-$ são iguais.
• Se o $pH > pK_a$, o meio é mais básico e predomina a forma ionizada ($ClO^-$).
• Se o $pH < pK_a$, o meio é mais ácido e predomina a forma não ionizada ($HClO$).

Como queremos que o $HClO$ predomine, o pH da água deve ser menor que $7,53$. Analisando as alternativas, temos os valores $0$ e $5$ que satisfazem essa condição.

Por que não escolher o pH $0$? Um pH igual a $0$ indica um meio extremamente ácido (altíssima concentração de $H_3O^+$). Se olharmos para a primeira equação do processo: $Cl_{2(g)} + 2 H_2O_{(l)} \rightleftharpoons HClO_{(aq)} + H_3O^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)}$ Um excesso muito grande de $H_3O^+$ deslocaria esse primeiro equilíbrio também para a esquerda. Isso faria com que o $HClO$ fosse consumido para formar gás cloro ($Cl_2$), diminuindo a quantidade do agente desinfetante na água e liberando um gás tóxico, o que inviabiliza o tratamento.

Portanto, o pH ideal deve ser moderadamente ácido para favorecer o $HClO$ sem reverter a sua formação inicial. O valor mais adequado entre as opções é o $5$.